Le conoscenze sul moto dei corpi prima di Galileo e Newton, teorizzavano che un corpo non soggetto a forze dovesse essere in quiete, quindi se un corpo si muoveva a velocità costante su di esso doveva agire una forza. Secondo questa idea un corpo pesante doveva cadere a velocità maggiore di un corpo più leggero.
Galileo dimostrò che tutti i corpi, indipendentemente dal loro peso, aumentavano la loro velocità allo stesso modo e se una piuma cadeva più lentamente di una pietra era solo perché la piuma subiva un maggiore effetto per opera dalla resistenza dell’aria. L’effetto di una forza applicata a un corpo era quello di modificarne la velocità e non quello di mantenere costante la velocità. Newton raccolse queste osservazioni ed enunciò due principi: se su un corpo non agiscono forze esso è in quiete o ha velocità costante; se su un corpo agiscono forze, queste modificano la sua velocità proporzionalmente alla forza. Le leggi di Newton valgono sia che si stia in quiete sia che si sia in moto rettilineo uniforme, cioè un esperimento fatto a bordo di un treno darebbe lo stesso risultato se ripetuto a terra. Perciò non esiste un esperimento per determinare se in questo momento siamo in quiete o in moto rettilineo uniforme. Inoltre se siamo seduti su un treno, siamo in quiete per un osservatore che si trova sul treno ovvero solidale con il nostro mezzo, ma siamo in moto per un osservatore che si trova a terra; per questo motivo non esiste un sistema di riferimento assoluto e non è possibile indicare la posizione assoluta di un evento. Possiamo solo indicare la posizione relativa a un osservatore.

Galileo (www.bo.astro.it)

(www.marcdatabase.com)

Sebbene la teoria della gravitazione di Newton predicesse abbastanza bene i moti dei pianeti, la teoria generale della relatività di Einstein fornisce predizioni molto più accurate.
La teoria della relatività ristretta benchè spiegasse perché la velocità della luce appariva sempre identica a tutti gli osservatori, era in disaccordo con la teoria della gravità di Newton la quale prevedeva che gli effetti gravitazionali si propagavano con velocità infinita. Con la teoria generale della relatività si propone che le masse possono distorcere lo spazio tempo in modo da curvarlo. i corpi seguono linee rette nello spazio tempo che è quadridimensionale ma tali traiettorie possono apparire curve nel nostro spazio tridimensionale. Applicando tale teoria al pianeta Mercurio che è il più vicino al sole e quindi quello che risente di più della sua attrazione gravitazionale, si prevede che l’asse maggiore dell’ellisse tracciata dalla traiettoria del pianeta, dovrebbe ruotare intorno al sole di circa un grado ogni dieci mila anni. Ebbene le osservazioni sperimantali hanno confermato questa minima ma ben misurabile rotazione. La correttezza delle predizioni fu la miglior conferma della correttezza della nuova teoria. Oggi di fatto si continua a usare la teoria di Newton perché essa richiede calcoli abbastanza semplici e le sue predizioni differiscono poco rispetto a quelle più accurate di Einstein.
In generale una teoria descrive una classe di osservazioni, non tutti i fenomeni osservabili. La teoria generale della relatività descrive la forza di gravità e i fenomeni su scale molto grandi: da chilometri a miliardi di miliardi di chilometri. La meccanica quantistica descrive fenomeni su scale di miliardesimi di millimetro. Il fine ultimo della scienza è quello di elaborare una teoria generale per descrivere l’intero universo.

In quel periodo si credeva che il tempo fosse assoluto e indipendente dallo spazio. La scoperta che la velocità della luce era fissa presupponeva secondo le teorie di Newton che si dovesse stabilire rispetto a che cosa si misurava tale velocità. Si teorizzò l’esistenza dell’etere come un mezzo rispetto al quale la velocità dalla luce doveva essere fissa. Secondo queste premesse, poiché la terra è in rotazione rispetto al proprio asse, la velocità della luce misurata in un punto della terra in moto di avvicinamento rispetto al sole, avrebbe dovuto dare una maggior velocità rispetto a quella misurata in un punto della terra in allontanamento dal sole. Come dire che nel primo caso si sarebbe dovuta misurare una maggior velocità perché la velocità della luce era sommata a alla velocità periferica dovuta al moto di rotazione terrestre. Queste misure di velocità erano identiche quindi la velocità della luce era indipendentemente dalla velocità dell’osservatore. Ora supponiamo di misurare lo spazio percorso da un raggio di luce sia stando fermi sulla terra stando a bordo di un razzo. Poiché in entrambe le situazioni la luce ci risulta avere la stessa velocità e il concetto di tempo è assoluto, nelle due situazioni misureremo che la luce avrà percorso due distanze diverse. Per sanare queste discrepanze bisogna ammettere che anche il tempo non è assoluto cioè ogni osservatore doveva misurare un proprio tempo. Oggi si definisce la distanza in termini di tempo che impiega la luce a raggiungere una posizione.
Poiché niente nell'universo può viaggiare a velocità maggiore di quella della luce e questa ha una velocità limitata, noi non sappiamo che cosa stia accadendo in questo momento lontano dalla nostra terra perché la luce delle galassie che vediamo ora era quella partita milioni di anni fa, quindi vediamo l’universo come era in passato.

La teoria della relatività prevede che la luce dovrebbe curvarsi per effetto delle masse e quindi dei campi gravitazionali.
Nella foto a fianco si vede che la luce proveniente da una stella, curva in prossimità di un pianeta per cui un osservatore, stima in modo errato la posizione della stella. Infatti l'osservatore pensa che la stella sia in direzione della linea da cui proviene l'ultimo tratto di luce.

Altra previsione è che vicino a una grande massa il tempo dovrebbe scorrere più lentamente e la luce dovrebbe avere maggior energia ovvero maggior frequenza.
Questo fenomeno è anche detto red shift gravitazionale.

Quindi se prendiamo due orologi perfettamente sincronizzati poi ne collochiamo uno in pianura e uno sulla cima della più alta montagna, li lasciamo per un certo tempo e poi andiamo a recuperarli osserveremo che l’orologio che si trovava sulla montagna segna un maggior tempo rispetto a quello che era rimasto in pianura. Analogamente se prendiamo due gemelli alla nascita e li facciamo vivere uno in pianura e uno su un’alta montagna, quando riavvicineremo i due gemelli noteremo che quello vissuto in montagna è invecchiato più rapidamente. Il fenomeno sarebbe ancora più marcato se ponessimo un gemello in una navicella spaziale che viaggiasse a una velocità prossima a quella della luce e lasciassimo l’altro sulla terra. Al ritorno della navicella il gemello che è stato in viaggio sarebbe più giovane di quello rimasto sulla terra (paradosso dei gemelli).

L'astronomo Hubble osservò che in qualsiasi direzione dello spazio si guarda il cielo, le galassie si allontanano da noi quindi l’universo si stà espandendo. Inoltre quanto più le galassie sono lontane da noi tanto più si allontanano velocemente. Nel passato gli oggetti dovevano essere molto più vicini tra loro e nel passato ancor più lontano gli oggetti dovevano trovarsi tutti nella stessa posizione, in un punto dove la densità dell’universo doveva essere infinita. Oggi si pensa che l’universo si sia originato 20 milioni di anni fa in seguito a una grande esplosione chiamata big-bang. Tutto, compreso il tempo, avrebbe avuto origine al momento del big-bang.

(www.space-art.co.uk)

(snap.lbl.gov)

L’allontanamento di una galassia fa si che, per effetto Doppler, la luce che giunge fino a noi, sia spostata verso il colore rosso (red shift). Precisamente giungono a noi le onde elettromagnetiche delle righe spettrali emesse dagli elementi chimici che compongono la galassia. Di ogni elemento chimico conosciamo con estrema precisione la lunghezza d’onda di tutte le sue righe spettrali.
Dal confronto tra le lunghezze d’onda che ci aspettiamo e quelle che giungono sulla terra dalle galassie, ricaviamo l’informazione della velocità della galassia rispetto alla terra.

Le osservazioni del telescopio spaziale Hubble hanno mostrato che le galassie più lontane presentavano un red shift molto più marcato di quanto ci si aspettava.
Per avere una così elevata velocità di allontanamento avrebbero dovuto essere più antiche rispetto all’origine dell’universo. Inoltre l’allontanamento delle galassie è frenato dalla forza di attrazione gravitazionale, la quale rallentandone il moto, dovrebbe un giorno arrivare a fermarne l’espansione dell'universo e portare all'avvicinamento delle galassie fino ad un collasso di tutta la massa dell’universo e a un nuovo big bang.
Per spiegare i dati del telescopio Hubble si è dovuto ritoccare la teoria della relatività per aggiungervi una costante cosmologica. Con tale costante si tiene conto che nell’universo ci sarebbe una forza antigravitazionale debole che esercita un’azione repulsiva fra le galassie. Introducendo questa forza si riesce a modellare un allontanamento così inaspettatamente veloce dei corpi celesti.

(www.hubble.it)

(skepdic.com)

La forza antigravitazionale sarebbe originata da uno squilibrio tra masse positive e negative in zone chiamate domini di vuoto. All’interno di questi domini la gravità può trasformarsi in elettricità e viceversa. I domini di vuoto possono prodursi per effetto di un’aumentata attività solare. Se la terra può incontrara un dominio di vuoto, nell’interfaccia tra l’atmosfera terrestre e il dominio di vuoto, la gravitazione terrestre si converte in un campo elettrico che dà origine al fenomeno dei fulmini globulari (Ball Lightning).
Uno squilibrio tra massa negativa e positiva formerebbe quindi un cunicolo spazio-temporale che creerebbe un dominio di vuoto che sulla terra si manifesterebbe come fulmine globulare. La materia con massa negativa viene anche detta mondo sinistro o mondo speculare. I fulmini globulari sono stati osservati entrare e uscire dagli aerei quindi possono attraversare le superfici metalliche.
I fulmini globulari emetterebbero onde elettromagnetiche di frequenza molto bassa (<10Hz) e comunque di frequenza simile a quella del cervello umano. Questo parallelismo ha stuzzicato la fantasia di alcune persone che credono che i nostri pensieri possono interagire con i fulmini globulari, nel senso che questi ultimi si muoverebbero in maniera da seguire le rappresentazioni mentali della persona che si trova vicino al fenomeno. La fantasia ha lavorato a tal punto da sostenere l’idea di un contatto mentale tra essere umano e fenomeno fisico.

(www.bun.kyoto-u.ac.jp)

Niente può viaggiare a velocità maggiore di quella della luce. Eppure l'effetto tunnel conosciuto in fisica quantistica sembrerebbe andar contro il principio appena citato.
Se si confina un elettrone in un campo elettromagnetico, c'è una certa probabilità (modello ondulatorio) di trovarlo anche all'esterno di questa barriera o contenitore. L'effetto tunnel è la proprietà delle particelle di poter attraversare barriere che non dovrebbero essere valicabili.
E' curioso chiedersi come si comporta la particella mentre si trova esattamente dentro la barriera cioè nella zona proibita.
E' altrettanto curioso la prova secondo la quale il tempo che impiega una particella ad attraversare il tunnel non dipende dalla lunghezza del tunnel, forse questo si verifica perché durante l'attraversamento la particella supera la velocità della luce?

L'effetto tunnel si vede anche quando si prova a far passare le microonde (onde elettromagnetiche di frequenza che và dal GHz alle decine di GHz) in una guida d'onda troppo stretta per cui esse non dovrebbero attraversarla. Ebbene in questo caso una porzione dell'energia la si ritrova comunque all'uscita della guida d'onda.
Calcolando la velocità delle microonde nel tratto proibito (attraverso misure di fase tra l'onda in uscita da una guida d'onda normale e una volutamente ristretta) si è visto che nel tunnel la velocità era circa doppia rispetto a quella della luce.

(planetquest.jpl.nasa.gov)

La misura fu ripetuta utilizzando i fotoni di un laser e una barriera composta da uno specchio per riflettere la luce anziché lasciarla passare. Per l'effetto tunnel alcuni fotoni riuscivano ugualmente ad attraversare lo specchio e la velocità misurata, è anche questa volta risultata superiore a quella della luce.
Poiché le uniche certezze riguardano il fatto che le particelle siano arrivate all'inizio del tunnel e che le abbiamo ritrovate alla fine di esso, ci si è domandati se queste particelle sono passate veramente attraverso il tunnel. La teoria della relatività generale considera che la gravitazione sarebbe in grado di piegare la geometria spazio-temporale dell'universo. Sono stati ipotizzati collegamenti (tunnel) tra zone diverse dell'universo (ponti di Einstein-Rosen). All'interno di questi tunnel non avrebbero più senso i concetti di spazio e tempo.

Si pensa che nello spazio, pur essendo vuoto, ci possa essere un'energia minima (fluttuazione quantistica del vuoto) dovuta a coppie di particelle e antiparticelle che si originano dal vuoto e successivamente si annullano tra loro. La comparsa della coppia particella-antiparticella darebbe origine a un piccolo buco bianco, l'annullamento darebbe origine a un buco nero. I buchi neri sarebbero i luoghi nei quali a causa dell'elevatissima forza di attrazione gravitazionale si formano curvature spazio-temporali. Tra un buco bianco e un buco nero si formerebbero cunicoli spazio-temporali (wormholes).
Se riuscissimo a concentrare questi cunicoli e a mantenerli in vita per un certo tempo, potremmo sfruttarli per formare un tunnel adatto alla trasmissione di materia.
Questi concetti forniscono una spiegazione alternativa all'ipotesi che i fotoni siano passati attraverso la barriera. Infatti è possibile che la barriera non consenta effettivamente il passaggio dei fotoni, per cui essi siano stati costretti a passare attraverso una zona sovradimensionale in cui lo spazio e il tempo non esisterebbero.

(www.zamandayolculuk.com)

(www.casimir.rl.ac.uk)

L’effetto Casimir prevede l'antigravitazione. In base alla teoria delle fluttuazioni quantistiche nel vuoto, ci sarebbero particelle e antiparticelle che nascerebbero e morirebbero spontaneamente. Se immaginiamo di prendere due lamine di metallo e avvicinarle in modo che esse siano parallele e vicine, tra di loro si crea una specie di camera di risonanza che favorisce solo onde di determinate frequenze, cioè quelle con frequenza uguale o multipla della frequenza di risonanza. Fra le placche ci saranno solo le fluttuazioni di vuoto di una certa frequenza, quindi ci saranno meno fluttuazioni di vuoto rispetto all’esterno delle placche in cui non sono selezionate particolari frequenze. La minor densità di particelle virtuali fra le due placche rispetto all’esterno, si traduce in un minor numero di urti tra le particelle e le placche nella zona interna rispetto a quella esterna. Le placche subiranno una minor forza interna che tende ad allontanarle rispetto a quella esterna che tende ad avvicinarle. Per questo motivo spesso si parla dell’effetto Casimir come di una forza dal nulla.
Questa forza è stata misurata quindi le forze virtuali producono effetti reali. Poiché la densità energetica nello spazio vuoto è nulla altrimenti lo spazio-tempo sarebbero curvi e l’universo non sarebbe quasi piatto, dato che le particelle virtuali fra le placche hanno minor densità energetica di quella all’esterno e cioè di quella nel vuoto, la densità energetica fra le placche deve essere negativa. Questo effetto sarebbe la prova sperimentale che lo spazio-tempo è curvo, che esisterebbero masse negative e quindi esisterebbe la forza antigravitazionale.

Nel 1992 in Finlandia il Dott Podkletnov sarebbe stato in grado di modificare la forza gravitazionale al di sopra di un disco di materiale superconduttore ruotante in un campo magnetico. Sembrerebbe che il disco sia stato in grado di schermare la forza di gravità infatti gli oggetti che si trovavano al di sopra del disco pesavano il 3% in meno.
La schermatura dalla gravità permetterebbe di far partire un razzo con molto meno carburante di quanto sia necessario oggi.

(www.vho.org)

La ricerca sull’antigravità mira anche a produrre nuovi elementi chimici aventi la proprietà di schermare il campo gravitazionale terrestre. L’elemento bismuto sembrerebbe avere deboli proprietà di questo tipo e dato che nella tavola periodica gli elementi appartenenti alla stessa colonna hanno proprietà fisiche e chimiche simili, l’elemento subito sotto al bismuto (numero atomico 115) potrebbe avere ancor migliori proprietà di schermo gravitazionale. Sfortunatamente questo elemento non esiste in natura ma si sta cercando di crearlo.
L’uranio che ha numero atomico 92 è l’elemento più pesante presente in natura e tutti gli elementi più pesanti dell’uranio, ad esempio il plutonio, sono stati creati dall’uomo. Gli elementi più pesanti dell’uranio non esistono in natura perché tendono a trasformarsi in altri elementi emettendo radiazioni. Il tempo di vita di un elemento instabile diminuisce all’aumentare del numero atomico per cui essi sopravvivono per brevi periodi dopo la creazione in laboratorio. L’interesse nella creazione di elementi pesanti è dovuto al fatto che a partire dall’elemento di numero atomico 114 si ipotizza che possa iniziare una serie di elementi stabili e non radioattivi. Infatti l’elemento 114 è sopravvissuto circa 30 secondi al contrario di quelli con minor numero atomico che erano sopravvissuti frazioni di secondo.

Facendo passare un raggio laser attraverso una cuvetta contenente DNA in soluzione, si evidenziano tracce ben determinate dovute all'accoppiamento del campo elettromagnetico del DNA con quello dei fotoni generati dal laser.

(www.rialian.com)

(www.inco.hu)

E' sorprendente che allontanando il DNA dal cammino ottico del laser, anziché avere l'annullamento della traccia e osservare il rumore, restano per alcune decine di secondi le tracce dell'accoppiamento tra DNA e laser, come se ci fosse DNA fantasma a generarle. Molti altri esperimenti di controllo hanno confermato che iniziando l'esperimento senza DNA, il laser restituisce una traccia in cui si può evidenziare solamente rumore. Inserendo il DNA si ha una traccia con un preciso segnale, togliendo il DNA il livello del segnale diminuisce ma si possono riconoscere bene dei profili, come se essi fossero generati da un DNA, appunto da un DNA fantasma.

Sembrerebbe che il DNA abbia prodotto nello spazio un disturbo che persiste per un certo tempo. Questi esperimenti sono citati da chi sostiene la teoria dei campi morfogenetici, secondo la quale ogni essere lascerebbe una traccia del proprio passaggio o della propria esistenza. Alcuni sostengono che queste tracce servirebbero a comunicare e tutte le tracce lasciate dalle forme viventi formerebbero una specie di rete della coscienza o rete della vita. Potrebbe forse esistere una coscienza di gruppo capace di far agire in maniera coordinata gli individui? Il fenomeno internet, che rappresenta la necessità verso un collegamento globale tra tutti gli uomini, potrebbe essere l’analogo dell’ipercomunicazione tra tutti i DNA?

I protoni e i neutroni non sono le particelle elementari del nucleo di un atomo infatti si è scoperto che queste particelle sono in realtà composte da particelle ancora più piccole chiamte quark. Ci sono 6 tipi di Quark (sù, giù, strano, incanato, cima, fondo). Un protone contiene tre Quark di cui 2 sù e 1 giù, un neutrone è composto da 2 Quark giù e 1 sù. Se si creano particelle con i restanti tipi di Quark (strano, incanato, cima, fondo) queste avranno una massa molto maggiore di un protone o un neutrone e decadranno in breve tempo. Per vedere gli elementi di un atomo si devono usare lunghezze d'onda molto piccole e perciò energie molto elevate. Tali energie si misurano in elettronVolt. Un elettronVolt corrisponde all'energia che ha un elettrone accelerato dal potenziale elettrico di 1 Volt. Grazie a energie di miliardi di elettronVolt oggi sappiamo che le particelle elementari sono composte da particelle più piccole e se avremmo a disposizione energie maggiori potremmo scoprire che anche le particelle più piccole sono composte da altre particelle.

Le particelle che noi conosciamo hanno una proprietà chiamata spin. Immaginiamo le particelle come trottole e proviamo a vedere come può essere pensato lo spin. Lo spin ci informa di quale aspetto ha una particella vista da direzioni diverse. Una particella di spin 0 appare uguale in qualsiasi direzione la si guarda. Una particella di spin 1 si presenta diversamente si la si guarda da direzioni diverse ma avrà lo stesso aspetto dopo una rotazione di 360°. Una particella di spin 2 avrà lo stesso aspetto dopo una rotazione di 180°. Una particella di spin 1/2 riprende lo stesso aspetto dopo due rotazioni complete. Tutta la materia dell'universo ha particelle di spin 1/2. Le forze che si originano tra le particelle sono portate da particelle di spin 0, 1 e 2.

Per le particelle che compongono la materia vale il principio di esclusione di Pauli: due particelle non possono esistere nello stesso stato ovvero non possono avere la stessa posizione e velocità. Se due particelle avessero posizione quasi identica esse dovrebbero avere velocità molto diverse e quindi non rimarrebbero nella stessa posizione. Secondo questo principio le particelle non si possono contrarre in uno stato di altissima densità sotto l'influenza delle forze.

Paul Dirac spiegò perchè l'elettrone avesse spin 1/2 ovvero perchè non avesse lo stesso aspetto dopo una rotazione completa ma bensì dopo due rotazioni. La scoperta del positone confermò la teoria di Dirac. Ogni particella ha un antiparticella. Una particella di materia emette una particella portatrice di forza. Il rinculo dell'emissione varia la velocità della particella di materia. La particella portatrice di forza incontra un'altra particella di materia, viene assorbita e la velocità di questa seconda particella di materia viene modificata. L'effetto finale è interpretabile come se fra le due particelle di materia si fosse esercitata una forza. Le particelle portatrici di forza non obbediscono al principio di esclusione di Pauli quindi non c'è limite al numero di particelle portatrici di forza che può essere scambiato tra particelle portatrici di materia ovvero esse possono esercitare una forza forte. Se le particelle portatrici di forza hanno una massa elevata esse avranno raggio di azione breve. Le particelle portatrici di forza sono dette virtuali perchè non possono essere rivelate direttamente, ma possiamo rivelarne gli effetti. Le particelle portatrici di forza possono essere rivelate solo quando sono nella forma di onde. Le forze portate dalle particelle di forza sono state arbitrariamente raggruppate in quattro categorie a seconda dell'intensità della forza e delle particelle di materia con cui queste forze interagiscono.

La prima è la forza gravitazionale. Essa si esercita tra le masse, è la forza più debole, agisce anche a grandi distanze ed è sempre attrattiva. Questa forza è portata dai gravitoni, particelle senza massa e aventi spin 2.

La forza elettromagnetica interagisce con perticelle dotate di carica, è molto intensa sopratutto su piccola scala, può essere attrattiva o repulsiva. E' portata dai fotoni, particelle di spin 1.

La forza nuclere debole è responsabile della radioattivtà e agisce solo sulle particelle di materia. E' portata da tre bosoni vettoriali dotati di massa (W+ W- Z0) e aventi spin 1. Queste particelle e il fotone rispondono alla teoria della rottura spontanea della simmetria ovvero alle alte energie (>100 GeV) esse si comportano in modo simile. Alle basse energie i tre bosoni avrebbero una tale massa che i loro effetti si farebbero sentire solo a piccolo raggio (Abdus Salam e Steven Weinberg).

La forza nucleare forte è quella che tiene insieme i quark nel protone e nel neutrone e tiene insiene i neutroni e i protoni nel nucleo. Essa è portata dal gluone, una particella di spin 1. Questa forza ha la proprietà del confinamento: lega particelle in modo che esse nel complesso non abbiano alcun colore. Un quark ha un colore (ad es rosso, verde o blu) ed esso non lo si può trovare isolato perchè alrimenti avrebbe un colore. Un quark rosso può essere unito a uno verde e a uno blu grazie ai gluoni in modo che nel complesso non si abbia colore. Queste triplette costituiscono effettivamente un protone o un neutrone. Oppure un quark, ad esempio rosso, può essere legato a un antiquark, ad esempio antirosso. Queste coppie sono chiamate mesoni ma sono instabili e annichilano in elettroni e altre particelle. Poichè anche i gluoni hanno un colore, la proprietà del confinamento vieta che possano esistere gluoni singoli. I gluoni si devon trovare raggruppati a formare una palla di colla o glueball. Un'altra proprietà è detta libertà asintotica secondo la quale ad alte energie la forza forte diventa debole e i quark e i gluoni possono comportarsi come particelle singole.

I fisici stanno tentando di unificare queste quattro forze perchè probabilmente esse sono i diversi aspetti di un'unica forza. Quindi potrebbe esserci un'energia alla quale almeno tre di quaste forze avrebbero la stessa intensità. Questa teoria non si può verificare perchè occorrerebbero energie molto alte.

Nella galassia non dovrebbero esserci regioni in cui coesistono materia e antimateria altrimenti esse annichilerebbero e produrrebbero radiazioni ad alta energia.
Fino a circa 60 anni fà si credeva che le leggi fisiche fossero uguali per particelle ed antiparticelle, per particelle con immagine speculare e anche invertendo la direzione del tempo. Queste sono dette rispettivamente simmetrie C, P e T.
In realtà la forza debole non obbedisce alla simmetria P e quindi causerebbe un universo diverso da quello che ci sarebbe si esso fosse composto da particelle speculari. Effettivamente allineando nuclei radioattivi in modo che tutti gli spin fossero orientati nella stessa direzione, gli elettroni venivano emessi maggiormente in una certa direzione.

La forza debole non obbedisce nemmeno alla simmetria C e combinata CP quindi un universo di antiparticelle si comporterebbe in modo diverso dal nostro. Tutte le altre leggi della fisica non obbediscono alla simmetria T.

http://universe-review.ca/R02-14-CPviolation.htm

Una stella si forma quando una grande quantità di gas inizia a contrarsi per effetto della sua forza di attrazione gravitazionale. Gli atomi del gas colldono durante il collasso, il gas si riscalda, gli atomi di idrogeno formano atomi di elio e si libera una grande quantità di calore che è la responsabile dello splendore di una stella. La contrazione dei gas cessa quando il calore produce una pressione tale da controbilanciare la forza di attrazione gravitazionale. Quando la stella esaurisce il suo combustibile nucleare comincia a raffreddarsi e a contrarsi. Però in questa contrazione le particelle venivano a essere molto vicine e per il principio di esclusione di Pauli avrebbero dovuto avere velocità molto diverse e quindi si sarebbero dovute allontanare. Per questo principio una stella non avrebbe potuto collassare completamente. In realtà la massima velocità di una particella è quella della luce, quindi la differenza massima nelle velocità di due particelle aventi posizione quasi coincidente è limitata. Allora se una stella è abbastanza densa la forza di attrazione gravitazionale avrebbe superato la repulsione del principio di esclusione di Pauli. Calcoli indicano che una stella fredda di massa superiore a una volta e mezzo quella del sole collasserebbe in un buco nero (Chandrasekhar e Landau).

Una stella di massa inferiore a questo limite cesserebbe il proprio collasso diventando una nana bianca.

Una nana bianca ruota attorno a Sirio. Esiste anche un'altra soglia di massa per cui la stella collassa in una stella di neutroni.

L'attrazione gravitazionale del buco nero è così elevata che nemmeno la luce potrebbe sfuggire, ci si troverebbe in una singolarità di densità e curvatura spazio-tempo. Un indizio indiretto della presenza dei buchi neri potrebbe essere dato da quelle stelle che orbitano attorno a un baricentro comune, in cui però una delle due stelle non si vede, ma dalla sua presunta posizione vengono emessi raggi X. Questo è il caso del sistema Cygnus X-1.